熱電偶在現(xiàn)場測溫時冷端溫度的補償措施

張東風,沈思雯

（山東電力高等專科學校,山東 泰安 271000）

熱電偶在工業(yè)現(xiàn)場中的應用非常廣泛，使用中由于冷端溫度不符合要求容易引起誤差，為了提高測量的準確度，采取來各種處理方法。

1 儀表機械零點調(diào)整法

儀表的機械零點是指無輸入信號時，儀表指針所指示的數(shù)值。對于具有零位調(diào)整的顯示儀表，若熱電偶冷端溫度t0較為恒定，可將顯示儀表的機械零點調(diào)至t0處，這相當于在輸入熱電偶的熱電動勢EAB（t，t0）之前就給顯示儀表輸入了修正值EAB（t0，0）。

圖1 儀表機械零點調(diào)整法示意

2 冷端恒溫法

冰點槽法。將熱電偶冷端置于冰點槽內(nèi)，使其保持在0℃，該方法一般用于實驗室。

恒溫爐法。該方法是將熱電偶冷端置于恒溫爐中，生產(chǎn)中一般采用50℃恒溫爐。

3 補償電橋法（冷端溫度補償器）

冷端溫度補償器是根據(jù)不平衡電橋原理設計的，其工作原理見圖2。R1，R2，R3均為電阻溫度系數(shù)很小的錳銅電阻，作為該電橋的固定橋臂。R4為銅電阻，其阻值隨環(huán)境溫度的變化而變化。冷端溫度補償器由4V直流電源供電，電阻R為串聯(lián)在電源回路里的降壓電阻，是配用不同分度號的熱電偶時作為調(diào)整補償電動勢的電阻。

圖2 冷端溫度補償器工作原理

冷端溫度補償器在熱電偶線路上的附加電阻值（即橋路內(nèi)阻）約為lΩ左右。

4 補償熱電偶法

該方法的理論依據(jù)是中間溫度定律，它是用補償熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢來補償測溫熱電偶因冷端溫度變化所產(chǎn)生的誤差。

補償熱電偶和測溫熱電偶通過切換開關(guān)和顯示儀表串接起來，使冷端溫度變化所引起的測溫誤差得到補償。

補償熱電偶可以是一支或多支測溫熱電偶，也可以是用測溫熱電偶的補償導線制成的熱電偶。

5 晶體管PN結(jié)溫度補償法

近年來還有采用溫敏二極管或溫敏晶體管對熱電偶進行冷端溫度補償?shù)摹Ｔ摲椒▽囟妊a償?shù)撵`敏度和準確度都很高。測溫時，只要把相應PN結(jié)上的電壓引入熱電偶回路即可實現(xiàn)熱電偶冷端溫度的自動補償，如圖3所示。

圖3 PN結(jié)溫度補償原理

實驗證明，當冷端溫度在-50～+150℃時，若發(fā)射結(jié)正偏，不管集電結(jié)反偏還是零偏，在一定的集電極電流條件下，NPN硅晶體管的基極-發(fā)射極正向電壓UBE（t0）隨冷端溫度t0的增加而減小，并有良好的線性關(guān)系，如圖4所示。

圖4 PN結(jié)的溫度特性曲線

通過調(diào)整電位器W，可使UBE（t0）與相應的熱電偶配套，即

UBE（t0）=EAB（t0，0）

因此可用電壓UBE（t0）來補償因熱電偶冷端溫度變化所產(chǎn)生的誤差。

6 計算機對冷端溫度的自動補償法

隨著計算機分散控制系統(tǒng)的廣泛應用，出現(xiàn)了用軟件對熱電偶冷端溫度進行自動補償?shù)姆椒ǎ鐖D5所示。

圖5 計算機冷端溫度補償示意圖

A、B—熱電極；A＇、B＇—補償導線；tn—熱電偶原冷端溫度；t0—熱電偶新冷端溫度熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢EAB（t，t0）經(jīng)補償導線送入相應的輸入模塊，該輸入模塊還接受由其他溫度傳感器（一般用Pt100）測得的熱電偶冷端溫度 信號 (一般為Rt0)。EAB（t，t0）和Rt0在輸入模塊中進行處理并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，經(jīng)接口送入計算機，計算機則按預先設計的程序自動計算出真實溫度。

為了減少冷端溫度信號所占用的輸入通道數(shù)量，可用補償導線把所有熱電偶的冷端引至同一溫度t0處，這樣只使用一個冷端溫度傳感器和一個修正t0的輸入通道即可。